核电:智能化新型工厂更具吸引了

时间:2019-10-14 15:13       来源: 腾达油漆有限公司

  2000年,柯克。索伦森还是美国国家航空和宇宙航行局的一名工程师。在寻找为未来群居月球提供核动力的备选方法时,他偶然看到了一本描述熔盐反应堆的书,书中谈到用液态核燃料作为能量来源。

  这听起来有点不可思议。据他所知,所有核反应堆都用固态铀做燃料,最初的轻水反应堆目前在核能行业是主流。然而,这本书解释说,田纳西州的美国橡树岭国家实验室,已对熔盐反应堆进行了三十多年的研究。而且,液态铀(即含钍燃料)具有得天独厚的优势。例如,即使遭遇灾难性的核反应堆堆芯溶化,熔盐反应堆也不会受影响,不会产生带有钚及其他长期存在的放射性同位素的核废料,会将那些同位素完全破坏掉。

  索伦森很疑惑,几乎所有熔盐解决核能问题的方式,都可能远远胜过轻水反应堆。那么,我们何不从一开始就采取这样的方式?

改变即将到来

  过去的十年中,很多人在问这个问题,不仅仅就熔盐反应堆一事。由于战争因素,熔盐反应堆仅仅是在核能商业化大潮中,第一波就搁浅的众多替代技术之一。其他的技术还包括能够燃耗核废料的快速反应堆,以及大量减少温室气体排放的工业无碳供热高温反应堆。

  总体来看,这些替代技术可以弥补大部分、甚至是所有核能的缺陷。而数十年来,因为日程计划和融资水平都在不断变化,研究人员对这些技术的关注也时断时续。

  现在,改变或许即将到来。过去十年中,一些国家对安全无碳能源的需求,激发了政府对替代核能技术的兴趣,企业也在努力重启并推广一些核能设计。特别是在中国等发展迅猛的国家。乐观人士认为,即使去年发生了日本福岛第一核电站的灾难,也最终会推动人们选择更安全的核反应堆。

  去年,索伦森为促进熔盐反应堆商业化,在阿拉巴马州亨茨维尔创立了福利波能源公司。无论是福利波能源这样处于起步阶段的公司,还是正在开发商用快速反应堆的通用电气-日立核能这种工业巨头,大小企业都希望准备就绪。

  然而,复兴这些技术并非一日之功。尽管基础设计几十年前就已完成,但要实际运行,工程师们还必须进行多种开发,如开发防辐射材料、更高效的换热器、改良的安全系统。然后,他们必须向监管机构证明,所有这些安全系统都能发挥作用。

  但相关人士都坚信:未来核工业最美好的前景就是回到过去。正如索伦森就取消熔盐项目指出的:从来没人说过,我们可能错了,也许应该回到从前,重新审视那个决定。

熔盐反应堆的优势

  固体反应堆燃料的一大优势在于其可以预见的几何形状,而一大劣势是这种反应堆的复杂性。从中子轰击的强度、核分裂产物的分布到燃料晶体结构的辐射损伤,一切都不断变化。这一直让设计师头疼,因为要竭力确保反应堆能稳定运行,并试图说服调试者,即使是在最危机的时刻,都不允许燃料的任何部分裂成临界质量。但当燃料变成液体时,所有的问题都能迎刃而解,这也是美国早在20世纪60年代就开发熔盐反应堆的主要原因。

  作为核燃料,熔盐通常是指四氟化铀。在操作温度下的液体状态会与氟锂铍混合,成为氟化锂和氟化铍的混合物四氟化铀。它起到冷却剂的作用。就像一口没发出声音的大锅体积巨大,福斯贝里说。你将燃料扔进去,混合到一起,但所有成分却根本不会发生变化。

  索伦森说,液体燃料还有一大优势,燃料没有彻底消耗完就不必从反应器中移除。相反,这种燃料会通过一个外部回收装置循环利用,持续提取核裂变产物,保证燃料安然无恙。

  最后,熔盐设计可以适用于多种燃料,从传统的铀到原始核废料或钍都能应用。钍的储量大概比铀多三倍。

需要新型核工厂

  对于这一切而言,沉寂四十年后复苏熔盐反应堆是一项艰巨的任务。索伦森说:我们必须重建一个基本上已完全消失的知识库。

  2011年9月,福斯贝、彼得森、麻省理工学院的胡林文和威斯康星大学麦迪逊分校的核工程师托德?阿伦,参与了一个为期三年的美国能源部资助核研究项目。这个项目在通往熔盐反应堆的道路上又向前迈进了一步:氟化铍(FliBe)冷却式高温反应堆。

  彼得森说:没人建过盐冷却式固体燃料反应堆。倘若这个项目开始运作,反应堆的堆芯会比其他设计小4至5倍。由于盐的良好稳定性,这个反应堆的温度总是比破坏极限的温度低几百度。

  彼得森说,尽管估计会消耗大量的资源,未来十年内公司还是会建一座用于测试的反应堆。这是个大胆的设想。由于金融危机,所有先进的核反应堆此后的融资都困难得多。此外,科拉迪尼指出,美国突然发现丰富的页岩气,他认为,在美国,廉价的化石燃料已经使一些清洁能源工程建设不断推迟,不仅限于核能项目。

  吉尼亚认为,熔盐反应堆还有很多未知因素,但值得开发。

  但是,核能真的会进一步发展吗?事实上,业内人士看到了乐观的理由。特别是他们认为,如果气候变化造成越来越明显的后果,就会迫使政府设定碳价格。吉尼亚说,即使是福岛那场核灾难,也可能刺激新的核能技术发展,但也确实给人们带来了恐慌,而且对核能的安全性更加担忧。可是,因为人们看得更清楚,他们就会说,喂,这些都是建了30年的老工厂,那时候,智能化的新型核工厂看来吸引力会大得多。

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